纳米柱阵列柔性微电极及其葡萄糖传感器的研究与制备

作     者：刘忠银 

作者单位：五邑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：史天录;于喆

授予年度：2016年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：柔性微电极 纳米柱阵列 葡萄糖传感器 电化学测试 

摘      要：本文以可植入式医疗设备的研发为出发点,深入研究一种不仅能与人体表皮组织兼容而且还能实时监测血液中葡萄糖浓度的柔性葡萄糖电化学传感器。内容归纳起来主要包括以下几点：首先采用微机电加工技术将刚性金薄制备到柔性PDMS薄膜上,制备出特定结构并且具有可拉伸特性的柔性微电极。通过调整加工工艺参数使其既表现出柔性体的可拉伸特性,又具有金属薄膜导电的性能。采用场发射电子显微镜和万能材料拉伸仪对柔性微电极拉伸过程中的形貌以及循环拉伸性能进行分析,可以得知影响柔性微电极拉伸性能的主要因素是金膜的微裂纹结构。利用有限元分析软件Abaqus模拟并验证了微裂纹结构对柔性微电极拉伸性能的影响。然后采用电化学沉积技术将金纳米柱阵列制备到柔性微电极上,制备出可高效催化葡萄糖分子的无酶葡萄糖电化学传感器。通过循环伏安和交流阻抗表征可知被金纳米柱阵列修饰的柔性微电极表现出低阻抗,大比表面积以及高催化特性。设置电化学工作站恒定电压为+0.5V,通过向0.1M的氢氧化钠底液中不断加入葡萄糖获得葡萄糖浓度与电流的关系曲线。其中传感器的响应时间小于5s,线性回归方程为Ⅰ(uA)=9.96+26.62C(mM),灵敏度为425.92μzA·cm-2·mM-1。最后使用二次电沉积的方法首次制备出铟纳米柱阵列,通过低温退火工艺把氧化锌纳米颗粒制备到该柔性微电极上。由于葡萄糖氧化酶和氧化锌纳米颗粒之间等电点的不同,把两者放入在中性PBS底液后,氧化锌纳米颗粒会利用彼此之间的范德华力将葡萄糖氧化酶吸附到到柔性微电极上。采用电化学方法和荧光标记方法验证了柔性微电极上酶的存在。最后在-0.2V恒电压下测试了酶葡萄糖传感器对不同浓度的葡萄糖的电流响应,其中传感器的灵敏度为37.27μA·cm-2·mM-1,线性回归方程为I(μA)=-0.125131-2.3292C(mM)。